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行業新聞

劉科院士:當前業內對碳中和認知有六個誤區

作者: 本站 來源: 中國科技網 時間:2021年07月20日

    當前業內對碳中和的挑戰及認知有限,存在六大誤區和五個現實路徑。7月15日,全國碳市場開市之時,澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學創新創業學院院長劉科在深圳創新發展研究院等單位聯合主辦的科技創新院士報告廳以“碳中和誤區及其現實路徑”為主題演講時表示。

劉科認為,中國每年排放約103億噸二氧化碳,人均排放7.4噸,一個三口之家, 每年平均排放22噸二氧化碳。盡管風能,太陽能,二氧化碳轉化為化學品,CCS(碳捕集和儲存技術), CCUS(碳捕集、利用與封存技術),提高能效都會或多或少的對減碳有些貢獻,都值得去鼓勵,探索和實施;但對天量排放的二氧化碳減低的比例是相當有限的。

對碳中和認知的六大誤區第一個誤區是認為風能和太陽能比火電都便宜了,因此太陽能和風能完全可以取代火電實現碳中和。事實是每年8760小時,而太陽能每年發電小時數各地不同,平均在1700小時左右;也就是說太陽能大概在1/5 - 1/6 的時間段比火電便宜;而在其他5/6的時間段, 如果要儲電,其成本會遠遠高于火電。盡管中國的風能、太陽能增量巨大,但事實上總發電量與煤電相比仍然是杯水車薪。而且,電網“靠電池儲電的概念是非常危險的”,據估算,全世界5年的電池產能僅能滿足東京全市停電3天的電能。太陽能和風能需要大力發展,但在儲電成本仍然很高的當前,在可見的未來無法全部取代化石能源發電。

第二個誤區是人們以為有個魔術般的大規模儲電技術,但實際上能源行業沒有計算機行業的摩爾定律,“人類花了100多年時間的研發,電池的能量密度并沒有得到革命性的根本的改變”,迄今大規模GW及的儲電最便宜的還是100多年前就被發明的抽水儲能技術。

第三個誤區是用二氧化碳制成化學品,但從規模上,二氧化碳制成化學品并不具備減碳價值。全世界約87%的石油都被燒掉了,約13%的石油生產了我們所有的石化產品。二氧化碳轉化為其他化學品對減碳的貢獻是相當有限的。

第四個誤區是認為利用CCUS技術能夠碳中和。把生產過程排放的二氧化碳進行捕獲提純,再投入到新的生產過程中進行循環再利用或封存,理論上能夠實現二氧化碳的大規模捕集,但是“碳中和不光是一個技術的問題,更是經濟和社會發展平衡的綜合性問題”,劉科院士強調,在目前的技術下成本很高,也無法實現徹底固碳,而且二氧化碳在自然界的補集難度也很大,迄今靠CCS或CCUS減低的二氧化碳排放量是非常有限的。

第五個誤區是認為通過提高能效能夠實現碳中和。通過增加能效能夠顯著降低工業流程、產品使用中的碳排放,前20年中國能效確實有顯著提高,但同時期,碳排放總量不但沒降低,而且增加很多。因此,提高能效是減碳的重要手段,但只要使用化石能源,提高能效對碳中和的貢獻也是非常有限的,提高能效確實是減低碳排放的成本最低,最應該優先做的。

第六個誤區是希望以電動車取代燃油車來降低碳排放,但事實上電動車與燃油車之爭在一百年前就已經開始了。劉科院士表示,“如果能源結構不改變,如果電網67%的還是煤電,那電動車是在增加碳排放,而不是減少碳排放。只有能源結構和電網里大部分是可再生能源構成的時候,電動車才能算得上清潔能源”。

甲醇可能是最好的儲氫載體

前100年電動車為什么未能戰勝燃油車?在劉科院士指出,一方面是能量密度和基礎設施的問題,比如液體燃料能量密度遠高于氣體,同時,“液體能源有個非常好的特點,陸上可以管路輸送,海上可以非常便宜地跨海輸送”,而且人類已建成遍布全球各地的液體燃料加注設施。另一方面是量產成本與污染的問題,主要是電池中使用的重金屬(鎳、鈷、鉛、鎘等)易造成生態污染,而電池回收技術還有待進一步發展。

劉科院士認為氫能的優勢明顯,“發電效率高,能降低對石油的依賴,排放為水蒸氣,而且大規模量產燃料電池后成本能下來”。但氫能也存在儲氫運氫成本高、安全隱患大、基礎設施投資高昂等問題。

氫能汽車為什么沒有產業化?劉科院士指出,最根本的原因是氫氣不適合于作為大眾你我共有的能源載體?!爸茪淙菀?,但儲氫、運氫有難度”。

劉科院士認為,甲醇是非常好的液體儲氫、運氫載體。為什么提出甲醇這條線路?他表示,甲醇可以從煤、天然氣來制,未來可以用太陽能催化二氧化碳和水來制甲醇,就變成綠色的甲醇。中國現在甲醇產能全世界最高,大概8000多萬噸,按噸位來講接近汽油1/4的量。另外,頁巖氣革命讓世界發現了100多年用不完的天然氣?!坝?00多年用不完的天然氣,就有100多年用不完的甲醇?!彼赋?,未來我們也可以用太陽能制甲醇,這樣生產的甲醇就完全是綠色甲醇了。

電動車和燃料電池最大的問題在于基礎設施的土地成本問題和冬天續航問題,而甲醇等液體燃料供給氫能,則可以解決電動車充電及燃料電池加氫站建設的痛點。當前,甲醇加注站已經在全國多個省市示范成功,現有加油站也可以通過簡單改造即可完成,儲運基本成熟;醇水溶液的儲運,相當于儲運64wt%的酒精,相關技術更為成熟;同時,地下停車場也可以自行搭建甲醇氫能發電系統,無需電網擴容,就可以實時發電供給充電樁電力。

碳中和的五個現實路徑

第一個路徑是通過現有煤化工與可再生能源結合實現低碳能源系統。一方面可以讓現有的煤化工實現凈零碳排放,另一方面是通過太陽能、風能、核能電解水制備綠氫和氧氣,合成氣不經水汽變換,大大降低煤制甲醇的二氧化碳排放。

第二個路徑是利用煤炭領域的碳中和技術——微礦分離技術。在煤燃燒前,把可燃物及含污染物的礦物質分離開,制備低成本類液體燃料+土壤改良劑,源頭解決煤污染、濫用化肥及土壤生態問題,同時低成本生產甲醇、氫氣等高附加值化學品。

第三個路徑是實現光伏與農業的綜合發展,將光伏與農業、畜牧業、水資源利用及沙漠治理并舉,實現光伏和沙漠治理結合,及光伏和農業聯合減碳。

第四個路徑是峰谷電與熱儲能綜合利用,火電廠就是半夜也不能停,在半夜12點到早晨6點這個區間,火電廠盡管還在排放大量二氧化碳,但發的電沒人用;利用分布式儲熱模塊,在谷電時段把電以熱的形式儲下來,再在需要時用于供熱或空調,可大大降低二氧化碳排放,實現真正的煤改電,再配合屋頂光伏戰略及縣域經濟,進一步減少電能消耗。


第五個路徑是利用可再生能源制甲醇,然后做分布式的發電??梢允褂眉状細淠芊植际侥茉刺娲磺惺褂貌裼蜋C的場景,和光伏、風能等不穩定可再生能源多能互補。

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